KR20240005275A - 전열교환소자 및 이를 포함하는 전열교환기 - Google Patents

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KR20240005275A
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김정환
이관철
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정재희
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주식회사 힘펠
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Abstract

본 명세서에 개시된 내용은 전열교환소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내 공기와 실외 공기가 열교환되도록 하는 전열교환소자 및 이를 포함하는 전열교환기에 관한 것이다. 전열교환기의 하우징 내에 배치되는 전열교환소자에 있어서, 직사각기둥 형상으로 형성되고, 내부에는 두 유로가 교차하여 형성되는 소자본체와, 상기 소자본체를 지지하는 소자프레임을 포함하고, 상기 소자본체는 전면과 후면 사이의 길이가 상면과 하면 사이의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 전열교환소자를 본 발명의 일실시예로 제시한다.

Description

전열교환소자 및 이를 포함하는 전열교환기{Total heat exchanging element and heat exchanger having the same}
본 명세서에 개시된 내용은 전열교환소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내 공기와 실외 공기가 열교환되도록 하는 전열교환소자 및 이를 포함하는 전열교환기에 관한 것이다.
본 명세서에 달리 표시되지 않는 한, 이 식별항목에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래기술이 아니며, 이 식별항목에 기재된다고 하여 종래기술이라고 인정되는 것은 아니다.
전열교환소자는 복수의 간격지가 서로 교차하는 방향으로 층층히 번갈아 배치되는 것으로, 교차하는 두 방향의 유로가 형성된다. 전열교환기는 이러한 전열교환소자를 이용하여 실내외 공기가 교차되며 열교환되는 환풍기를 일컬으며, 보통의 환풍기보다 냉난방 효율을 높일 수 있는 장치이다.
일반적인 전열교환기는 건물 실내의 천장에 매립설치되어 실외 공기가 전열교환소자를 거쳐 실내로 공급되고, 실내 공기가 전열교환소자를 거쳐 실외로 배출되도록 하여, 전열교환소자에서 실내 공기 및 실외 공기 사이에 열교환이 이루어지도록 구성된다. 대체로 전열교환기는 함체형상의 하우징 내부에 전열교환소자가 배치되고, 실내 공기가 흡입되는 실내흡입구와 실내로 공기가 토출되는 실내토출구가 전열교환소자를 중심으로 대각에 형성되며, 실외 공기가 흡입되는 실외흡입구와 실외 공기가 토출되는 실외토출구가 전열교환소자를 중심으로 대각에 형성된다. 하우징 내부로 실내 공기와 실외 공기를 흡입하거나 토출시키는 송풍팬이 설치된다. 나아가 하우징에 형성된 실내흡입구, 실내토출구, 실외흡입구, 실외토출구를 개폐하는 댐퍼가 설치될 수 있다.
상술한 구성을 갖춘 전열교환기에 의해 실내 공기와 실외 공기는 전열교환소자 내부에 형성된 유로를 거치며 상호 열교환되고, 실외 공기는 실내 공기가 비슷한 온도로 실내로 토출되는 열교환모드가 구현될 수 있다. 이러한 기본적인 열교환모드 이외에 실외 공기가 전열교환소자를 거치지 않고 그대로 실내로 유입되어 실내 온도가 실외 온도와 비슷하게 변하게 되는 바이패스모드를 구현하여 전열교환기의 활용도를 높이는 기술이 계속하여 제고되고 있다. 또한, 실내 공기를 전열교환소자를 거치지 않고 필터만을 거치도록 하여 실내로 토출시켜 실내 온도 변화없이 실내 공기를 정화시키는 공청모드를 구현하는 기술도 계속하여 제고되고 있다.
그러나, 기본적인 열교환모드 이외에 바이패스모드나 공청모드를 구현하기 위해서는 추가 부품이 필요하며, 그 부품과 실내흡입구, 실외흡입구, 실내토출구, 실외토출구를 연결하는 별도의 배관이 필요하게 된다. 따라서 구조가 복잡해지고 전열교환기의 크기가 커지는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 건물 실내의 천장에 매립설치되는 것이 아닌 벽 내부 또는 창틀에 설치되는 전열교환기의 경우 벽 또는 창틀에 설치되기 위해서는 천장에 매립되는 전열교환기보다 훨씬 작은 크기가 요구되는데, 바이패스모드 또는 공청모드가 구현되는 경우 별도의 추가 부품이 필요하게 되므로 하우징의 폭이 증가하게 된다. 이러한 경우 전열교환기는 벽 또는 창틀의 폭보다 큰 폭을 가지게 되므로, 벽 또는 창틀에 설치하기가 곤란하고, 사람이 돌출된 부분에 부딪히는 경우 인체에 부상이 발생하는 등의 안전사고가 발생할 수 있다.
따라서, 벽 내부 또는 창틀에 설치되는 전열교환기가 바이패스모드와 공청모드가 구현되더라도 그 크기를 줄일 수 있는 방안이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2019-0127329호 (2019. 11.13 공개) 대한민국 등록특허 제10-2319017호 (2021.11.03. 공고) 대한민국 공개특허 제10-2022-0054161호 (2022.05.02. 공개) 대한민국 공개특허 제10-2012-0029873호 (2012.03.27. 공개)
본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전열교환기의 크기를 획기적으로 줄일 수 있는 전열교환소자 및 이를 포함하는 전열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 다음과 같은 전열교환기를 제공한다.
전열교환기의 하우징 내에 배치되는 전열교환소자에 있어서, 직사각기둥 형상으로 형성되고, 내부에는 두 유로가 교차하여 형성되는 소자본체와, 상기 소자본체를 지지하는 소자프레임을 포함하고, 상기 소자본체는 전면과 후면 사이의 길이가 상면과 하면 사이의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 전열교환소자를 본 발명의 일실시예로 제시한다.
또한, 상기 두 유로는 전면과 후면을 관통하여 이어지는 제1전열유로와, 하면과 상면을 관통하여 이어지는 제2전열유로로 이루어지며, 상기 제1전열유로의 길이는 상기 제2전열유로의 길이보다 짧고, 상기 제1전열유로를 흐르는 공기의 유속을 저하시키는 유속 저감부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유속 저감부재는, 일면이 상기 소자 본체의 후면에 대향될 수 있다.
또한, 상기 유속 저감부재는 판 형상으로 형성되고, 일측의 양단 가장자리는 상기 소자 본체의 후면을 지지하는 소자 프레임에 결합되고, 일측에서 타측으로 갈수록 상기 소자 본체의 후면에서 멀어지도록 경사질 수 있다.
또한, 상기 소자 본체는 상기 제1전열유로를 통과한 공기가 유동하는 방향으로 만곡될 수 있다.
또한, 상기 유속 저감부재는 상기 하우징의 내부면에서 연장될 수 있다.
또한, 상기 전열교환소자 중 어느 하나를 포함하는 전열교환기를 본 발명의 일실시예로 제시한다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면 사각기둥 형상의 전열교환소자를 하우징의 전후면 패널과 나란하게 배치하여 전열교환기의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 별도의 추가 부품이나 배관이 설치되지 않더라도 실외 공기가 전열교환소자를 거치지 않고 실내로 유입되어 실내 온도가 실외 온도와 비슷하게 유지되는 바이패스모드를 구현할 수 있다.
또한, 별도의 추가 부품이나 배관이 설치되지 않더라도 실내 공기가 전열교환소자를 거치지 않고 필터만을 거치며 실내로 재순환되는 공청모드를 구현할 수 있다.
또한, 전열교환소자를 직사각기둥 형상으로 형성하여 전열교환기의 폭을 획기적으로 줄일 수 있다.
또한, 직사각기둥 형상의 전열교환소자를 통과하는 공기의 유속을 저감시켜 전열교환소자의 폭이 작아지더라도 전열교환기의 열교환효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환기의 사시도,
도 2는 도 1의 일측면패널이 제거된 상태의 도 1의 하우징의 사시도,
도 3은 열교환모드 작동 시의 공기 흐름을 표시한 도 1의 절단선 A-A'에 따른 단면도,
도 4는 바이패스모드 작동 시의 공기 흐름을 표시한 도3의 단면도,
도 5는 공청모드 작동 시의 공기 흐름을 표시한 도 3의 단면도,
도 6은 도 1의 실내흡입댐퍼의 사시도,
도 7은 도 6의 실내흡입댐퍼가 열교환모드, 바이패스모드와 공청모드에서 작동상태를 나타내는 작동도,
도 8은 도 1의 제2경로댐퍼의 사시도,
도 9는 제2경로댐퍼가 열교환모드, 바이패스모드와 공청모드에서 작동상태를 나타내는 작동도,
도 10은 도 1의 전열교환소자의 사시도,
도 11은 도 10의 절단선 B-B'에 따른 전열교환소자의 단면도,
도 12는 도 10의 전열교환소자의 배면도
이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환기의 사시도, 도 2는 도 1의 일측면패널이 제거된 상태의 도 1의 하우징의 사시도, 도 3은 열교환모드 작동 시의 공기 흐름을 표시한 도 1의 절단선 A-A'에 따른 단면도, 도 4는 바이패스모드 작동 시의 공기 흐름을 표시한 도3의 단면도, 도 5는 공청모드 작동 시의 공기 흐름을 표시한 도 3의 단면도, 도 6은 도 1의 실내흡입댐퍼의 사시도, 도 7은 도 6의 실내흡입댐퍼가 열교환모드, 바이패스모드와 공청모드에서 작동상태를 나타내는 작동도, 도 8은 도 1의 제2경로댐퍼의 사시도, 도 9는 제2경로댐퍼가 열교환모드, 바이패스모드와 공청모드에서 작동상태를 나타내는 작동도, 도 10은 도 1의 전열교환소자의 사시도, 도 11은 도 10의 절단선 B-B'에 따른 전열교환소자의 단면도, 도 12는 도 10의 전열교환소자의 배면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전열교환기(1)는 실내 공기와 실외 공기가 전열교환소자를 통해 열교환되는 열교환모드와, 실외 공기가 전열교환기(1)를 거치지 않고 실내로 토출시켜 실내 온도를 실외 온도와 비슷하게 변하게 하는 바이패스모드와, 실내 공기를 전열교환소자(200)를 거치지 않고 필터부(900)만을 거치도록 하여 실내로 토출시켜 실내 온도 변화 없이 실내 공기를 정화시키는 공청모드로 작동될 수 있다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환기(1)는 실내 공기가 흡입되는 실내흡입구(112)와 실내로 공기가 토출되는 실내토출구(114)가 이격되어 형성되는 전면패널(110)과, 실외 공기가 흡입되는 실외흡입구(122)와 실외로 공기가 토출되는 실외토출구(124)가 이격되어 형성되는 후면패널(120)을 포함하는 하우징(100)과, 하우징(100) 내부에 사각기둥 형상으로 형성되어 설치되고, 내부에는 전면과 후면을 관통하여 이어지는 제1전열유로(EL1)와 하면과 상면을 관통하여 이어지는 제2전열유로(EL2)가 교차형성되는 전열교환소자(200)와, 하우징(100) 내부에 실외토출구(124)와 연통되도록 설치되고, 실내흡입구(112)에서 실외토출구(124)까지 이어지는 제1열교환유로(HL1)를 통과하는 공기를 실외로 토출시키는 실외토출팬(300)과, 하우징(100) 내부에 실내토출구(114)와 연통되도록 설치되고, 실외흡입구(122)에서 전열교환소자(200)를 관통하여 실내토출구(114)까지 이어지는 제2열교환유로(HL2)와 실외흡입구(122)에서 전열교환소자(200)를 관통하지 않으며 실내토출구(114)까지 이어지는 바이패스유로(BL)를 통과하는 공기를 실내로 토출시키는 실내토출팬(400)과, 하우징(100) 내부에 설치되고, 바이패스유로(BL)를 개폐하는 제1경로댐퍼(500) 및 하우징(100) 내부에 설치되고, 제2열교환유로(HL2)와 바이패스유로(BL) 중 어느 하나를 선택적으로 개폐시키는 제2경로댐퍼(600)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환기(1)는 하우징(100) 내부에 실내흡입구(112)와 연통되도록 설치되고, 제1열교환유로(HL1)와, 실내흡입구(112)에서 전열교환소자(200)를 관통하지 않으며 실내토출구(114)까지 이어지는 공청유로(CL)를 개폐하는 실내흡입댐퍼(700) 및 하우징(100) 내부에 실외흡입구(122)와 연통되도록 설치되고, 제2열교환유로(HL2)와 바이패스유로(BL)를 개폐하는 실외흡입댐퍼(800)를 더 포함할 수 있고, 제2열교환유로(HL2), 바이패스유로(BL)와 상기 공청유로(CL)를 통과하는 공기를 정화시키는 필터부(900)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환기(1)는 실외토출팬(300), 실내토출팬(400), 제1경로댐퍼(500), 제2경로댐퍼(600), 실내흡입댐퍼(700), 실외흡입댐퍼(800)를 작동시키는 제어장치(1000)와, 전열교환기(1)의 각 구성에 전기에너지를 공급하는 전원장치(1100)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전열교환기(1)는 열교환모드, 바이패드모드와 공청모드로 작동되며 제어장치(1000)에 의해 각 모드로 전환될 수 있다. 도 3을 참조하면, 열교환모드는 실내 공기와 실외 공기가 전열교환소자(200)를 관통하면서 열교환되고, 실내 공기는 실외로 토출되고, 실외 공기는 실내로 토출되는 모드이다. 도 4를 참조하면, 바이패스모드는 실외 공기가 열교환되지 않도록 전열교환소자(200)를 관통하지 않고 실내로 토출되는 모드이다. 도 5를 참조하면, 공청모드는 실내 공기가 필터부(900)를 거치고 전열교환소자(200)를 관통하지 않고 실내로 토출되는 모드이다. 각 모드 작동 시 하우징(100) 내부의 공기가 유동되는 유로를 정의하기로 한다. 열교환유로는 열교환모드 시 제1열교환유로(HL1)와 제2열교환유로(HL2)로 이루어지며, 제1열교환유로(HL1)는 실내흡입구(112)에서 제1전열유로(EL1)를 거치며 실외토출구(124)까지 이어지는 유로로 정의하고, 제2열교환유로(HL2)는 실외흡입구(122)에서 제2전열유로(EL2)를 거치며 실외토출구(124)까지 이어지는 유로로 정의한다. 바이패스유로(BL)는 바이패스 모드 시 실외흡입구(122)에서 제1전열유로(EL1)와 제2전열유로(EL2)를 거치지 않고 실내토출구(114)까지 이어지는 유로로 정의한다. 공청유로(CL)는 공청모드 시 실내흡입구(112)에서 제1전열유로(EL1)와 제2전열유로(EL2)를 거치지 않고 실내토출구(114)까지 이어지는 유로로 정의한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 하우징(100)은 전열교환소자(200), 실외토출팬(300), 실내토출팬(400), 제1경로댐퍼(500), 제2경로댐퍼(600), 실내흡입댐퍼(700), 실외흡입댐퍼(800) 및 필터부(900)를 수용하는 것으로, 벽 내부 또는 창틀에 설치될 수 있다. 하우징(100)은 전면패널(110), 후면패널(120), 상면패널(130), 하면패널(140) 및 측면패널(150)로 이루어질 수 있다. 전면패널(110)은 실내를 향하는 것으로, 실내 공기가 흡입되는 실내흡입구(112)와 하우징(100) 내부에 흡입된 실내 공기 또는 실외 공기가 실내로 토출되는 실내토출구(114)가 이격되어 형성된다. 실내흡입구(112)는 전면패널(110)의 하부에 위치되고 실내토출구(114)는 실내흡입구(112)보다 상부에 위치되는 것이 다른 구성과의 공간 배치와 내부 공기의 유로를 형성함에 있어서 바람직하다. 후면패널(120)은 실외를 향하는 것으로, 실외 공기가 흡입되는 실외흡입구(122)와 하우징(100) 내부에 흡입된 실내 공기가 실외로 토출되는 실외토출구(124)가 이격되어 형성된다. 실외흡입구(122)는 후면패널(120)의 하부에 위치되며, 실외토출구(124)는 실외흡입구(122)보다 상부에 위치되는 것이 다른 구성과의 공간 배치와 내부 공기의 유로를 형성함에 있어서 바람직하다. 하우징(100) 내부에는 실외토출팬(300), 실내토출팬(400), 제1경로댐퍼(500), 제2경로댐퍼(600), 실내흡입댐퍼(700), 실외흡입댐퍼(800) 및 필터부(900)가 수용되고, 수용되는 공간은 격벽(195)에 의해 구획될 수 있다. 가령, 실내토출팬(400)이 수용되는 실내 토출공간(160)과 실외토출팬(300)이 수용되는 실외 토출공간(170)은 격벽(195)에 의해 구획되어 실내토출팬(400)으로 유동되는 공기의 유로와 실외토출팬(300)으로 유동되는 공기의 유로는 서로 겹치지 않는다. 따라서, 실내토출팬(400)에 의해 실내로 토출되는 공기는 실외토출팬(300)으로 유동되지 않고, 실외토출팬(300)에 의해 실외로 토출되는 공기는 실내토출팬(400)으로 유동되지 않는다. 또한 하우징(100)의 전면패널(110)에는 전열교환소자(200)가 삽입될 수 있는 소자수납홀(116)이 형성될 수 있다. 전열교환소자(200)는 소자수납홀(116)을 지나면서 하우징(100) 내부로 제1전열유로(EL1)가 형성되는 방향으로 삽입되어 지지될 수 있다. 이에 따라 하우징(100) 내부 양 측면에는 전열교환소자(200)의 하면을 지지할 수 있는 소자 지지대(190)가 하우징(100) 내부 측면에서 연장형성될 수 있다. 또한, 후술할 제2경로댐퍼(600)가 댐퍼커버부(630)를 포함하는 경우 댐퍼커버부(630)의 커버플랜지(635)와 결합되는 하우징레일(197)이 돌출되어 형성될 수 있다. 홈이 형성된 하우징레일(197)에 댐퍼커버부(630)의 커버플랜지(635)가 결합될 수 있다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 하우징(100) 내부로 삽입되면서 수용되는 전열교환소자(200)는 내부에 교차되는 유로를 형성하여 실내 공기와 실외 공기가 유로를 통과하면서 열교환되게 하는 것으로, 사각기둥 형상으로 형성될 수 있다. 전열교환소자(200)는 전면은 하우징(100)의 전면패널(110)과 나란하게 배치되고, 후면은 하우징(100)의 후면패널(120)과 나란하게 배치될 수 있다. 전열교환소자(200)의 전면과 후면이 하우징(100)의 전면패널(110)과 후면패널(120)과 나란하게 배치되는 경우 하우징(100)의 폭이 줄어들어 전열교환기(1)의 크기가 작아지므로, 전열교환기(1)가 벽 내부 또는 창틀에 돌출되지 않고 설치될 수 있다. 전열교환기(1)의 크기를 더 작게 줄이기 위해서는 전열교환소자(200)는 직사각기둥 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 전열교환소자(200)는 내부에 형성되는 두 유로의 길이가 동일하도록 정사각기둥 형성되는 것이 일반적이나, 직사각기둥으로 형성되는 경우 전열교환기(1)의 크기를 정사각기둥 형상일 때보다 줄일 수 있다. 즉 전열교환소자(200)의 전면과 후면 사이의 길이가 상면과 하면 사이의 길이보다 짧도록 형성될 수 있다. 또한, 전열교환소자(200)는 정사각기둥이나 직사각기둥 형상으로 형성되고 내부에 제1전열유로(EL1)와 제2전열유로(EL2)가 형성되는 소자본체(210)와 소자본체(210)를 지지하는 소자프레임(220)을 포함할 수 있다. 소자프레임(220)은 소자본체(210)의 모서리를 감싸며 형성될 수 있다.
소자본체(210)가 직사각기둥으로 형성되는 경우 제1전열유로(EL1)는 제2전열유로(EL2)보다 짧아지게 되므로, 제1전열유로(EL1)와 제2전열유로(EL2)를 통과하는 실내 공기와 실외 공기 간에 열교환되는 열량이 작아지므로, 전열교환소자(200)의 열교환효율이 저하될 수 있다. 이러한 열교환효율의 저하를 방지하기 위해서, 전열교환소자(200)는 제1전열유로(EL1)를 흐르는 공기의 유속을 저감시키는 유속 저감부재(230)를 더 포함할 수 있다. 유속 저감부재(230)는 열교환모드 시 제1전열유로(EL1)를 흐르는 공기의 유속을 저감키는 것이므로, 공기의 유속을 저감시킬 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이라도 무방하다. 유속 저감부재(230)가 면을 가지는 형상으로 형성되는 경우, 유속 저감부재(230)는 일면이 소자본체(210)의 후면에 대향되도록 설치될 수 있다. 유속 저감부재(230)의 일면은 소자본체(210)의 후면의 전면적과 대향될 수 있고, 일부 면적과 대향될 수 있다. 전열교환소자(200)의 열교환효율이 중시되는 경우에는 유속 저감부재(230)의 일면은 소자본체(210)의 후면의 전면적과 대향될 수 있다. 열교환효율보다 실내 공기가 실외로 토출되는 토출량이 더 중시되는 경우에는 유속 저감부재(230)의 일면은 소자본체(210)의 후면의 일부 면적과 대향될 수 있다. 하나의 유선(streamline)을 따라 흐르는 공기는 제1전열유로(EL1)를 통과한 다음 유속 저감부재(230)의 일면에 의해 유속이 느려지고, 제1전열유로(EL1)를 통과 중인 공기는 앞서서 제1전열유로(EL1)를 앞서 통과한 공기에 의해 유속이 느려진다. 제1전열유로(EL1)를 통과하는 공기의 유속이 느려짐에 따라 공기가 제1전열유로(EL1)에서 머무르는 시간이 길어지므로, 제2전열유로(EL2)를 통과중인 공기와 열교환되는 시간이 길어질 수 있다. 따라서, 소자본체(210)가 직사각기둥 형상으로 형성되어 제1전열유로(EL1)의 길이가 제2전열유로(EL2)의 길이보다 짧아지더라도 전열교환소자(200)의 열교환효율은 저하되지 않을 수 있다. 유속 저감부재(230)는 소자프레임(220)에 결합되거나 하우징(100)의 내부면에서 연장형성될 수 있다. 유속 저감부재(230)가 소자프레임(220)에 결합되는 경우, 유속 저감부재(230)는 판 형상으로 형성되어 소자프레임(220)에 결합될 수 있다. 즉 유속 저감부재(230)의 일측의 양단 가장자리가 소자본체(210)의 후면을 지지지하는 소자프레임(220)에 결합될 수 있다. 유속 저감부재(230)는 일측에서 타측으로 갈수록 소자본체(210)의 후면에서 멀어지도록 경사질 수 있다. 경사진 유속 저감부재(230)의 형상은 제한이 없으므로, 만곡되는 형상일 수 있다. 유속 저감부재(230)는 제1전열유로(EL1)를 통과한 공기가 유동하는 방향으로 만곡될 수 있다. 경사지거나 만곡된 유속 저감부재(230)는 하우징(100) 내부의 공기 흐름을 방해하지 않으면서 제1전열유로(EL1)를 흐르는 공기의 유속을 저하시킬 수 있다. 유속 저감부재(230)가 하우징(100)의 내부면에서 연장형성되는 경우, 소자본체(210)의 후면에 대응되는 위치에서 연장되어 소자본체(210)의 후면에 대향되도록 형성될 수 있다. 하우징(100)이 플라스틱 재료로 제작되는 경우 유속 저감부재(230)는 하우징(100)과 일체로 압축성형이나 이송성형, 사출성형 등의 성형가공법으로 형성될 수 있다. 또한, 유속 저감부재(230)가 판 형상으로 독립적으로 형성되고, 판 형상의 유속 저감부재(230)는 브라켓(도면 미도시) 등에 의해 하우징(100) 내부면에 고정될 수도 있다.
다시 도 1 내지 도 5를 참조하면, 하우징(100) 내부에 실외토출구(124)와 연통되도록 설치되는 실외토출팬(300)은 열교환모드 시 하우징(100) 내부로 흡입된 실내 공기를 실외로 토출시키는 것으로, 실내 공기가 실내흡입구(112)를 통해 하우징(100) 내부로 흡입되게 하는 동시에 하우징(100) 내부의 공기를 실외로 토출시키는 역할을 한다. 실외토출팬(300)은 전동모터(도면 미도시)와 팬(310), 전동모터(도면 미도시)와 팬(310)을 수용하는 팬하우징(320)으로 구성될 수 있다. 팬하우징(320)의 개구된 부분에 팬플랜지(322)가 형성되고, 팬플랜지(322)가 하우징(100) 내부면 또는 격벽(195)에 볼팅체결 등으로 고정결합됨으로써, 팬하우징(320)은 하우징(100) 내부에 고정결합될 수 있다. 전동모터에 의해 팬(310)이 회전하면서 실내 공기는 실내흡입구(112)를 통해 하우징(100) 내부로 흡입되고, 하우징(100) 내부로 흡입된 실내 공기는 제1전열유로(EL1)를 통과하면서 제2전열유로(EL2)를 통과하는 실외 공기와 열교환된다. 열교환된 실내 공기는 실외토출팬(300)을 거쳐서 실외토출구(124)를 통해 실외로 토출된다. 이러한 과정은 열교환모드 작동 시 진행되는 과정이다. 즉 실외토출팬(300)은 열교환모드 시 하우징(100) 내부로 흡입된 실내 공기가 제1열교환유로(HL1)를 따라 유동되도록 한다.
하우징(100) 내부에 실내토출구(114)와 연통되도록 설치되는 실내토출팬(400)은 열교환모드, 바이패스모드와 공청모드 시 하우징(100) 내부로 흡입된 실내 공기 또는 실외 공기를 실내로 토출시키는 것으로, 실외 공기가 실외흡입구(122)를 통해 하우징(100) 내부로 흡입되게 하는 동시에 흡입된 실외 공기를 실내로 토출시키는 역할을 한다. 또한, 실내토출팬(400)은 실내 공기가 실내흡입구(112)를 통해 하우징(100) 내부로 흡입되게 하는 동시에 흡입된 실내 공기를 실내로 토출시키는 역할도 한다. 실내토출팬(400)은 전동모터(도면 미도시)와 팬(410), 전동모터와 팬(410)을 수용하는 팬하우징(420)으로 구성될 수 있다. 팬하우징(420)의 개구된 부분에 팬플랜지(422)가 형성되고, 팬플랜지(422)가 하우징(100) 내부면 또는 격벽(195)에 볼팅체결 등으로 고정결합됨으로써, 팬하우징(420)은 하우징(100) 내부에 결합될 수 있다. 전동모터에 의해 팬(410)이 회전하면서 실외 공기는 실외흡입구(122)를 통해 하우징(100) 내부로 흡입되고, 하우징(100) 내부로 흡입된 실외 공기는 제2전열유로(EL2)를 통과하면서 제1전열유로(EL1)를 통과하는 실내 공기와 열교환된다. 열교환된 실외 공기는 실내토출팬(400)을 거쳐서 실내토출구(114)를 통해 실내로 토출된다. 이러한 과정은 열교환모드 작동 시 진행되는 과정이다. 즉 실내토출팬(400)은 열교환모드 시 하우징(100) 내부로 흡입된 실외 공기가 제2열교환유로(HL2)를 따라 유동되도록 한다.
또한, 전동모터에 의해 팬(410)이 회전하면서 실외 공기는 실외흡입구(122)를 통해 하우징(100) 내부로 흡입되고, 하우징(100) 내부로 흡입된 실외 공기는 열교환 과정을 거치지 않도록 제2전열유로(EL2)를 통과하지 않고 실내토출팬(400)을 거쳐서 실내토출구(114)를 통해 실내로 토출될 수 있다. 이러한 과정은 바이패스모드 작동 시 진행되는 과정이다. 즉 실내토출팬(400)은 바이패스모드 시 하우징(100) 내부로 흡입된 실외 공기가 바이패스유로(BL)를 따라 유동되도록 한다. 또한, 전동모터에 의해 팬(410)이 회전하면서 실내 공기는 실내흡입구(112)를 통해 하우징(100) 내부로 흡입되고, 하우징(100) 내부로 흡입된 실내 공기는 열교환 과정을 거치지 않도록 제1전열유로(EL1)와 제2전열유로(EL2)를 통과하지 않고 실내토출팬(400)을 거쳐서 실내토출구(114)를 통해 실내로 토출될 수 있다. 이러한 과정은 공청모드 시 진행되는 과정이다. 즉 실내토출팬(400)은 공청모드 시 하우징(100) 내부로 흡입된 실내 공기가 공청유로(CL)를 따라 유동되도록 한다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 하우징(100) 내부에 실내흡입구(112)와 연통되도록 설치되는 실내흡입댐퍼(700)는 실내 공기가 흡입된 공기가 전열교환소자(200)를 거치지 않고 필터부(900)를 통과하며 실내토출구(114)를 통해 실내로 배출될 수 있도록 유로를 개폐하는 역할을 한다. 실내흡입댐퍼(700)는 실내토출팬(400)에 의해 실내흡입구(112)를 통해 하우징(100) 내부로 흡입된 실내 공기가 제1전열유로(EL1)와 제2전열유로(EL2)를 통과하지 않고 실내토출팬(400)을 거쳐서 실내토출구(114)를 통해 실내로 토출될 수 있도록 할 수 있다. 이러한 과정은 공청모드시 진행되는 과정이다. 즉 실내흡입댐퍼(700)는 공청모드 시 하우징(100) 내부로 흡입된 실내 공기가 공청유로(CL)를 따라 유동되도록 한다.
실내흡입댐퍼(700)는 일측에는 제1열교환유로(HL1)와 연통되는 열교환구(712)가 형성되고, 타측에는 공청유로(CL)가 연통되는 공청구(714)가 형성되는 유로분기 본체(710)를 포함할 수 있다. 또한, 유로분기 본체(710)는 실내흡입구(112)와 연통되는 실내연통구(716)가 형성된다. 열교환구(712)와 공청구(714)가 이루는 각도는 후술할 분기회동체(720), 제1회동판(730) 및 제2회동판(740)의 작동매커니즘 상 90w를 이루는 것이 바람직하다. 유로분기 본체(710)에는 열교환구(712)와 공청구(714)를 개폐할 수 있는 댐퍼가 복수개가 설치될 수 있다. 또한, 유로분기 본체(710) 내부에 열교환구(712)와 공청구(714)를 동시에 폐쇄하거나 어느 하나를 폐쇄할 수 있는 1개의 댐퍼가 설치될 수 있다. 이러한 댐퍼는 회동되는 분기회동체(720)와, 분기회동체(720)에 결합되고 제1열교환유로(HL1)와 공청유로(CL)를 개폐할 수 있는 제1회동판(730)과 제2회동판(740)을 포함할 수 있다. 분기회동체(720)는 전동모터(도면 미도시)에 의해 일정 각도로 회전될 수 있으며, 회전각도를 조절할 수 있는 스테핑 모터(stepping motor)가 사용될 수 있다. 스테핑 모터가 분기회동체(720)를 회전시키는 각도는 열교환구(712)와 공청구(714)가 이루는 각도에 의해 정해지며, 90w의 각도로 이루어지는 것이 바람직하다. 스테핑 모터는 열교환구(712)와 공청구(714)가 이루는 각도 90w씩 분기회동체(720)를 회전시키는 것이 바람직하다. 분기회동체(720)에 결합된 제1회동판(730)과 제2회동판(740)은 분기회동체(720)의 회전에 의해 동시에 회동될 수 있다. 분기회동체(720), 제1회동판(730)과 제2회동판(740)은 분기회동체(720)의 회전에 의해 제1회동판(730)과 제2회동판(740)이 일체로 일정 각도씩 회동되면서 열교환구(712)와 공청구(714)를 모두 폐쇄하거나 어느 하나만을 폐쇄하는 작동매커니즘을 가진다.
하우징(100) 내부에 설치되는 제1경로댐퍼(500)는 바이패스유로(BL)와 공청유로(CL)를 개폐하는 역할을 하는 것으로, 바이패스유로(BL)와 공청유로(CL)를 폐쇄하는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환기(1)는 열교환모드로 작동된다. 제1경로댐퍼(500)가 바이패스유로(BL)와 공청유로(CL)를 폐쇄한 상태에서, 실내토출팬(400)과 실외토출팬(300)의 작동에 의해 열교환모드가 작동된다. 실외토출팬(300)은 실내 공기가 제1열교환유로(HL1)를 따라 유동되도록 하고, 실내토출팬(400)은 실외공기가 제2열교환유로(HL2)를 따라 유동되도록 할 수 있다. 즉 제1경로댐퍼(500)는 열교환모드 시 하우징(100) 내부로 흡입된 실외 공기가 바이패스유로(BL)를 따라 유동되지 않도록 하고, 하우징(100) 내부로 흡입된 실내 공기가 공청유로(CL)를 따라 유동되지 않도록 한다.
도 8 내지 도 9를 참조하면, 하우징(100) 내부에 설치되는 제2경로댐퍼(600)는 제2열교환유로(HL2)와 바이패스유로(BL) 중 어느 하나를 선택적으로 개폐하고, 공청유로(CL)를 개폐하는 역할을 한다. 도 9(a)를 참조하면, 바이패스유로(BL)와 공청유로(CL)를 폐쇄하는 경우, 본 발명의 전열교환기(1)는 열교환모드로 작동된다. 즉 제2경로댐퍼(600)가 바이패스유로(BL)와 공청유로(CL)를 폐쇄한 상태에서, 실외토출팬(300)의 작동에 의해 실내 공기가 실내흡입구(112)를 통해 흡입되고, 전열교환소자(200)를 거치며 실외로 토출된다. 이와 동시에 실내토출팬(400)의 작동에 의해 실외 공기가 실외흡입구(122)를 통해 흡입되고 전열교환소자(200)를 거치며 실내로 토출된다. 도 9(b)룰 참조하면, 제2열교환유로(HL2)를 폐쇄하는 경우, 본 발명의 전열교환기(1)는 바이패스모드 또는 공청유로(CL)로 작동된다. 즉 바이패스모드는 제2경로댐퍼(600)가 제2열교환유로(HL2)를 폐쇄한 상태에서, 실내토출팬(400)의 작동에 의해 실외 공기가 실외 흡입구를 통해 흡입되고, 흡입된 실외 공기는 바이패스유로(BL)를 따라 유동되며 작동된다. 공청모드는 실내토출팬(400)의 작동에 의해 실내 공기가 실내 흡입구를 통해 흡입되고 흡입된 실내 공기는 공청유로(CL)를 따라 유동되면서 작동된다. 즉 제2경로댐퍼(600)는 열교환모드 시 하우징(100) 내부로 유입된 실외 공기가 바이패스모드를 따라 유동되지 않도록 하고, 하우징(100) 내부로 흡입된 실내 공기가 공청유로(CL)를 따라 유동되지 않도록 한다. 또한, 제2경로댐퍼(600)는 회동되는 경로회동체(610)와, 경로회동체(610)에 결합되고 제2열교환유로(HL2), 바이패스유로(BL) 및 공청유로(CL)를 폐쇄할 수 있는 크기로 형성되는 경로회동판(620)을 포함할 수 있다. 경로회동체(610)는 전동모터(도면 미도시)에 의해 일정 각도로 회전될 수 있으며, 회전각도를 조절할 수 있는 스테핑 모터가 사용될 수 있다. 분기회동체(720)의 회전에 의해 일정 각도로 회동되는 경로회동판(620)은 제2열교환유로(HL2)를 폐쇄함으로써, 실외흡입구(122)를 통해 하우징(100) 내부로 흡입된 실외 공기가 제2전열유로(EL2)로 유동되지 않도록 한다. 또한 제2경로댐퍼(600)는 댐퍼커버부(630)를 더 포함하여, 댐퍼커버부(630)에 의해 전열교환소자(200)의 상면에서 이격되어 하우징(100)에 고정될 수 있다. 즉 커버플랜지(635)가 댐퍼커버부(630)의 외부면에 형성되어 하우징(100)의 하우징레일(197)에 결합될 수 있다. 그리고 댐퍼커버부(630)의 실내 공기와 실외 공기가 통과하는 개구가 형성될 수 있다. 댐퍼커버부(630)의 개구는 제2열교환유로(HL2)가 지나는 제1개구(631)와, 바이패스유로(BL)와 공청유로(CL)가 지나가는 제2개구(632)와, 제2열교환유로(HL2)와 바이패스유로(BL) 및 공청유로(CL) 모두가 지나가는 제3개구(633)가 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 하우징(100) 내부에 설치되는 필터부(900)는 제2열교환유로(HL2)를 통과하는 실외 공기와 공청유로(CL)를 통과하는 실내 공기를 정화시키는 역할을 한다. 필터부(900)는 열교환모드 시 제2열교환유로(HL2)를 통과하는 실외 공기가 전열교환소자(200)로 들어가기 전에 실외 공기에 포함된 이물질을 걸러주고, 바이패스모드 시 흡입된 실외 공기에 포함된 이물질을 걸러줄 수 있다. 또한, 공청모드 시 흡입된 실내 공기에 포함된 이물질을 걸러줄 수 있다. 필터부(900)는 프리필터(prefilter), 탈취필터(deodorizing filter), 헤파필터(high efficiency particulate air filter)를 포함할 수 있고, 이러한 필터들은 필요에 따라 중첩되어 배치될 수 있다. 프리필터, 탈취필터와 헤파필터는 공지기술인 것으로, 그 구조와 기능에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환기(1)의 열교환모드, 바이패스모드와 공청모드 시 각 구성의 작동을 설명하기로 한다.
열교환모드 시 실외토출팬(300)과 실내토출팬(400)이 작동되는 상태에서 제1경로댐퍼(500)와 제2경로댐퍼(600)는 바이패스유로(BL)를 폐쇄하고, 제2경로댐퍼(600)는 바이패스유로(BL)를 폐쇄함과 동시에 제2열교환유로(HL2)를 개방한다. 도 7(a)를 참조하면 실내흡입댐퍼(700)는 공청구(714)를 폐쇄하고 열교환구(712)를 개방한다. 이러한 상태에서 실내 공기는 실내흡입구(112)를 통해 하우징(100) 내부로 흡입되고, 흡입된 실내 공기는 제1전열유로(EL1)를 거친 다음 실내토출팬(400)을 거치고 실외토출구(124)를 통해 실외로 토출된다. 즉 실내 공기는 제1열교환유로(HL1)를 따라 유동되면서 제1전열유로(EL1)에서 실외 공기와 열교환되고, 실외로 토출된다. 동시에 실외 공기는 실외흡입구(122)를 통해 하우징(100) 내부로 흡입되고, 흡입된 실외 공기는 필터부(900)와 제2전열유로(EL2)를 거친 다음 실내토출팬(400)을 거치고 실내토출구(114)를 통해 실내로 토출된다. 즉 실외 공기는 제2열교환유로(HL2)를 따라 유동되면서 제2전열유로(EL2)에서 실내 공기와 열교환되고 실내로 토출된다.
바이패스모드 시 실내토출팬(400)은 작동하고 실외토출팬(300)은 작동되지 않는 상태에서 제1경로댐퍼(500)는 바이패스유로(BL)를 개방하고, 제2경로댐퍼(600)는 제2열교환유로(HL2)를 폐쇄한다. 도 7(b)를 참조하면, 실내흡입댐퍼(700)는 공청구(714)와 열교환구(712)를 모두 폐쇄한다. 이러한 상태에서 실외 공기는 실외흡입구(122)를 통해 흡입되고, 흡입된 실외 공기는 필터부(900)와 제1경로댐퍼(500)를 거친 다음 실내토출팬(400)을 거치고 실내토출구(114)를 통해 실내로 토출된다. 즉 실외 공기는 전열교환소자(200)를 관통하지 않는 바이패스유로(BL)를 따라 유동되면서 열교환되지 않고 실내로 토출된다.
공청모드 시 실내토출팬(400)은 작동하고 실외토출팬(300)은 작동되지 않는 상태에서 실외흡입댐퍼(800)는 실외토출구(124)를 폐쇄하고, 제1경로댐퍼(500)는 공청유로(CL)를 개방하고, 제2경로댐퍼(600)는 제2열교환유로(HL2)를 폐쇄한다. 도 7(c)를 참조하면, 실내흡입댐퍼(700)는 열교환구(712)를 폐쇄하고 공청구(714)를 개방한다. 이러한 상태에서 실내 공기는 실내흡입구(112)를 통해 흡입되고 흡입된 실내 공기는 필터부(900)와 제1경로댐퍼(500)를 거친 다음 실내토출팬(400)을 거치고 실내토출구(114)를 통해 실내로 토출된다. 즉 실내 공기는 전열교환소자(200)를 관통하지 않는 공청유로(CL)를 따라 유동되면서 열교환되지 않고 이물질이 제거되어 정화되고 실내로 토출된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환기(1)는 사각기둥 형상의 전열교환소자(200)를 하우징(100)의 전후면패널(110,120)과 나란하게 배치하여 전열교환기(1)의 크기를 줄일 수 있다. 또한, 별도의 추가 부품이나 배관이 설치되지 않더라도 실외 공기가 전열교환소자(200)를 거치지 않고 실내로 유입되어 실내 온도가 실외 온도와 비슷하게 유지되는 바이패스모드를 구현할 수 있다. 또한, 별도의 추가 부품이나 배관이 설치되지 않더라도 실내 공기가 전열교환소자(200)를 거치지 않고 필터부(900)만을 거치며 실내로 재순환되는 공청모드를 구현할 수 있다. 또한, 전열교환소자(200)를 직사각기둥 형상으로 형성하여 전열교환기(1)의 폭을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한, 직사각기둥 형상의 전열교환소자(200)를 통과하는 공기의 유속을 저감시켜 전열교환소자(200)의 폭이 작아지더라도 전열교환기(1)의 열교환효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 전열교환기
100: 하우징
110: 전면패널
112: 실내흡입구
114: 실내토출구
116: 소자수납홀
120: 후면패널
122: 실외흡입구
124: 실외토출구
130: 상면패널
140: 하면패널
150: 측면패널
160: 실내 토출공간
170: 실외 토출공간
190: 소자 지지대
195: 격벽
197: 하우징레일
200: 전열교환소자
210: 소자본체
220: 소자프레임
230: 유속 저감부재
300: 실외토출팬
310: 팬
320: 팬하우징
322: 팬플랜지
400: 실내토출팬
410: 팬
420: 팬하우징
422: 팬플랜지
500: 제1경로댐퍼
600: 제2경로댐퍼
610: 경로회동체
620: 경로회동판
630: 댐퍼커버부
631: 제1개구
632: 제2개구
633: 제3개구
635: 커버플랜지
700: 실내흡입댐퍼
710: 유로분기 본체
712: 열교환구
714: 공청구
716: 실내연통구
720: 분기회동체
730: 제1회동판
740: 제2회동판
800: 실외흡입댐퍼
900: 필터부
1000: 제어장치
1100: 전원장치
EL1: 제1전열유로
EL2: 제2전열유로
HL1: 제1열교환유로
HL2: 제2열교환유로
BL: 바이패스유로
CL: 공청유로

Claims (7)

  1. 전열교환기의 하우징 내에 배치되는 전열교환소자에 있어서,
    직사각기둥 형상으로 형성되고, 내부에는 두 유로가 교차하여 형성되는 소자본체(210); 및
    상기 소자본체(210)를 지지하는 소자프레임(220);
    을 포함하고,
    상기 소자본체(210)는 전면과 후면 사이의 길이가 상면과 하면 사이의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 전열교환소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 두 유로는 전면과 후면을 관통하여 이어지는 제1전열유로(EL1)와, 하면과 상면을 관통하여 이어지는 제2전열유로(EL2)로 이루어지며, 상기 제1전열유로(EL1)의 길이는 상기 제2전열유로(EL2)의 길이보다 짧고,
    상기 제1전열유로(EL1)를 흐르는 공기의 유속을 저하시키는 유속 저감부재(230);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환소자.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유속 저감부재(230)는, 일면이 상기 소자본체(210)의 후면에 대향되는 것을 특징으로 하는 전열교환소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유속 저감부재(230)는 판 형상으로 형성되고, 일측의 양단 가장자리는 상기 소자본체(210)의 후면을 지지하는 소자프레임(220)에 결합되고, 일측에서 타측으로 갈수록 상기 소자본체(210)의 후면에서 멀어지도록 경사지는 것을 특징으로 하는 전열교환소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 소자본체(210)는 상기 제1전열유로(EL1)를 통과한 공기가 유동하는 방향으로 만곡되는 것을 특징으로 하는 전열교환소자.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 유속 저감부재(230)는 상기 하우징(100)의 내부면에서 연장되는 것을 특징으로 하는 전열교환소자.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 전열교환소자(200)를 포함하는 전열교환기.
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